DE102005043938B4 - Elektroabscheider mit elektrisch beheiztem Stellglied - Google Patents

Abstract

Elektroabscheider,
mit einer Sprüh- und einer Niederschlagselektrode, und mit einer Reinigungseinrichtung zum Abreinigen der Sprüh- und/oder der Niederschlagselektrode,
wobei ein Reinigungselement der Reinigungseinrichtung temperaturabhängig zwischen einer ersten, eingezogenen und einer zweiten, ausgefahrenen Stellung beweglich ist,
wobei ein Temperatur gesteuertes Stellglied für den Antrieb des Reinigungselementes vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch eine elektrische, auf das Stellglied (5) einwirkende, das Stellglied (5) aktiv beheizende Heizeinrichtung, welche dem Stellglied (5) dicht anliegt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektroabscheider nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Derartige Elektroabscheider werden beispielsweise zur Abscheidung von Ölpartikeln aus dem Gasstrom einer Kurbelgehäuseentlüftung bei Brennkraftmaschinen verwendet.
• Aus der DE 10 2004 022 288 A1 ist ein gattungsfremder Elektroabscheider bekannt, der ein Heizelement aufweist, um eine Kondensation von Dampf, welcher im Gas der Kurbelgehäuseentlüftung enthalten sein kann, zu vermeiden, damit sich das Kondensat nicht auf der Oberfläche eines als Hochspannungsisolatordurchführung bezeichneten Halters der Sprühelektrode absetzt.
• Aus der DE 198 22 332 C1 ist ein gattungsgemäßer Elektroabscheider bekannt, dessen Sprühelektrode mittels eines temperaturabhängig beweglichen Reinigungselementes gereinigt wird.
• Um eine oder beide Elektroden des Elektroabscheiders reinigen zu können, wird das Reinigungselement entlang der jeweils abzureinigenden Elektrode verfahren. Dieser Reinigungsbetrieb wirkt sich üblicherweise auf die Abscheideleistung des Elektroabscheiders negativ aus. Daher befindet sich das Reinigungselement während des Abscheidebetriebs, also bei laufender Brennkraftmaschine und dementsprechend vergleichsweise höherer Temperatur, in einer zurückgezogenen Ruhestellung. Erst wenn die Brennkraftmaschine nicht mehr läuft, sich abkühlt und dementsprechend die Temperatur des Stellgliedes ebenfalls sinkt, wird das Reinigungselement in seine Arbeits- oder Reinigungsstellung ausgefahren.
• Nach dem Start der Brennkraftmaschine erhöht sich deren Temperaturniveau und die damit verbundene Temperaturerhöhung im Bereich des Elektroabscheiders bewirkt die durch das Stellglied verursachte Bewegung des Reinigungselementes, welches aus seiner Arbeits- oder Reinigungsstellung in seine Ruhestellung zurückgezogen wird, wo es die Wirksamkeit des Elektroabscheiders nicht beeinträchtigt.
• Dabei ist nachteilig, dass bis zum Erreichen des entsprechenden Temperaturniveaus und damit des entsprechenden Verfahrweges das Reinigungselement die Wirksamkeit des Elektroabscheiders negativ beeinflusst, so dass insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine, wenn diese ohnehin einen erhöhten Schadstoffausstoß verursacht, die Abreinigungsleistung des Elektroabscheiders besonders gering ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Elektroabscheider dahingehend zu verbessern, dass dieser möglichst effizient und mit hoher Abscheideleistung betrieben werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch einen Elektroabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das temperaturabhängige Stellglied aktiv zu beheizen, also nicht nur dem allmählich ansteigenden Temperaturniveau in der Brennkraftmaschine auszusetzen. Durch die aktive Beheizung wird ein im Vergleich zum Temperaturanstieg der Brennkraftmaschine erheblich schnellerer Temperaturanstieg des Stellgliedes bewirkt und somit dessen Bewegung bewirkt, welche das Reinigungselement in die für den Betrieb des Elektroabscheiders optimale Ruhestellung bringt. Dadurch, dass die Heizeinrichtung dem Stellglied dicht anliegt, wird eine optimale Wärmeübertragung und eine dementsprechend schnelle Erwärmung des Stellgliedes ermöglicht.
• Die Heizeinrichtung ist erfindungsgemäß elektrisch wirksam. Zusätzliche Brenner oder dergleichen mit einer eigenen Energieversorgung werden daher nicht benötigt und die Zuführung elektrischer Energie zum Elektroabscheider ist ohnehin vorgesehen, so dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Elektroabscheiders mit sehr geringem Aufwand im Vergleich zu bereits vorhandenen technischen Konzepten verwirklicht werden kann.
• Vorteilhaft kann die Heizenergie durch die Hochspannungseinheit aufgebracht werden, die ohnehin zum Betrieb des Elektroabscheiders vorgesehen ist und aus der Bordspannung eines Fahrzeuges die zum Betrieb des Elektroabscheiders erforderliche Hochspannung erzeugt. Die Verlustwärme dieser Hoch spannungseinheit kann auf einfache Weise zur Beheizung des temperaturabhängigen Stellgliedes verwendet werden, indem ein diese Verlustwärme abführender Kühlkörper so angeordnet ist, dass dieser das Stellglied beheizt. Er kann beispielsweise von der Hochspannungseinheit in Form eines Röhrchens verlaufen, welches das zylindrisch geformte Stellglied umgibt und diesem Stellglied dicht anliegt, so dass eine optimale Wärmeübertragung ermöglicht wird.
• Die Verlustwärme der Hochspannungseinheit stellt grundsätzlich einen unerwünschten Energieverlust dar. Daher wird angestrebt, den Wirkungsgrad der Hochspannungseinheit möglichst hoch einzustellen, so dass die verwendete elektrische Energie möglichst optimal genutzt wird und möglichst wenig Verlustwärme anfällt. Insbesondere zur Beheizung des Stellgliedes während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne, bis die Brennkraftmaschine ihre gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, kann eine bewusste Reduzierung des Wirkungsgrades der Hochspannungseinheit vorgesehen sein, so dass in erhöhtem Maß Verlustwärme abgegeben wird und das temperaturabhängige Stellglied auf diese Weise bewusst schnell auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht werden kann. Zu diesem Zweck kann vorteilhaft eine elektrische Schaltung vorgesehen sein, die bei Unterschreitung einer vorgegebenen Minimaltemperatur des Stellgliedes wirksam wird und den Wirkungsgrad der Hochspannungseinheit vorübergehend reduziert, so dass deren Verlustwärmeabgabe gesteigert wird, das Stellglied besonders schnell erwärmt wird, und somit das Reinigungselement in seine Ruhestellung führt, die die Wirkungsweise des Elektroabscheiders möglichst wenig beeinträchtigt.
• Sobald das Stellglied diese gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Wirkungsgrad der Hochspannungseinheit wieder verbessert werden, denn die dann immer noch auftretende Verlustwärme reicht möglicherweise auch, um das Stellglied im Bereich der gewünschten Betriebstemperatur zu halten. Erst bei erneuter Unterschreitung dieser Temperatur wird die erwähnte elektronische Schaltung wieder aktiv und reduziert den Wirkungsgrad der Hochspannungseinheit, so dass hier ein selbst regelnder Prozess abläuft bis die Umgebungstemperatur des Elektroabscheiders, beispielsweise die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, die gewünschte ausreichend hohe Betriebstemperatur aufweist.
• Je nach konstruktiver Ausgestaltung des Elektroabscheiders kann es schwierig sein, die Verlustwärme der Hochspannungseinheit bis zum Stellglied zu führen. Daher kann die Heizeinrichtung, die zur Beheizung des Stellgliedes dient, gegebenenfalls vorteilhaft ein eigens dafür vorgesehenes Heizelement aufweisen, welches zur Beheizung des Stellgliedes dient und welches zur Verringerung des erforderlichen Energieverbrauchs vorteilhaft temperaturabhängig ein- und ausgeschaltet wird. Auch hier kann eine elektronische Schaltung vorgesehen sein, die einen selbstregelnden Prozess ermöglicht und das Stellglied ein- und ggf. ausschaltet, bis die Umgebungstemperatur des Elektroabscheiders ohnehin die gewünschte hohe Temperatur sicherstellt. Beispielsweise kann das Stellglied mit einem Widerstands-Heizdraht umwickelt sein, der das Stellglied beheizt, bis dieses seine gewünschte Betriebstemperatur aufweist.
• Als Stellglied kann beispielsweise ein Wachs-Dehnstoff-Element dienen, oder ein metallisches Bauteil in Form eines Bimetall-Elementes oder aus einem so genannten „Memory"-Werkstoff, der temperaturabhängig unterschiedliche Formen annimmt.
• Alternativ zu einem separaten Heizelement kann bei Stellgiedern aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen vorgesehen sein, das Stellglied selbst als Heizelement zu nutzen, indem das Stellglied wie eine Widerstandsheizung elektrisch angeschlossen ist. Auf diese Weise kann bis auf die elektrische Kontaktierung des Stellgliedes die Anzahl zusätzlicher Bauteile minimiert werden, ebenso wie der erforderliche Platzbedarf zur Beheizung des Stellgliedes.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen die
• 1–6 jeweils einen Längs- und einen Querschnitt durch drei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und
• 7 schematisch ein Schaltbild für eine zusätzliche Heizeinrichtung zur Beheizung des Stellgliedes.
• In den Zeichnungen ist mit 1 jeweils ein Sockel eines Elektroabscheiders dargestellt. Dieser Sockel 1 kann beispielsweise mittels eines Gewindes 2 mit einer Elektrodenbaugruppe verbunden werden. Diese Elektrodenbaugruppe kann beispielsweise eine rohrförmige Niederschlagselektrode umfassen, innerhalb welcher sich zentral eine stiftartige Sprühelektrode erstreckt. Die stiftartige Sprühelektrode kann in an sich bekannter Weise an ihrem freien Ende, in den Gasstrom gerichtet, eine beispielsweise etwa nadelförmige Spitze aufweisen, welche die Ausbildung einer Corona ermöglicht.
• In dem Sockel 1 ist mit 3 eine Platine schematisch angedeutet, auf der eine Hochspannungseinheit in Form einer elektronischen Schaltung angeordnet ist, welche die für den Elektroabscheider erforderliche Hochspannung aus einer so genannten „Bordspannung" von beispielsweise 12 Volt erzeugt.
• Die Platine 3 weist ein Kühlblech 4 auf, welches abgewinkelt verläuft, wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist und ein temperaturabhängiges Stellglied 5 umgibt. Das Stellglied 5 ist rein beispielhaft mit einer zylindrischen Form dargestellt und kann als Wachs-Dehnstoff-Patrone ausgestaltet sein. Auf dem Kühlblech 4 ist ein Heizelement 6 befestigt, welches beheizt werden kann, so dass es über das Kühlblech 4 das Stellglied 5 erwärmt.
• Das Stellglied 5 bewegt sich dadurch temperaturabhängig derart, dass es sich beispielsweise ausdehnt und ein mit dem Stellglied 5 verbundenes Reinigungselement in die gewünschte Ruheposition verfahren wird, in welcher es den Wirkungsgrad des Elektroabscheiders möglichst wenig beeinträchtigt.
• In den 3 und 4 ist eine alternative Ausgestaltung des Sockels 1 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Kühlblech 4 vergleichsweise kurz ausgestaltet ist und nicht bis zum Stellglied 5 reicht. Zur Beheizung des Stellgliedes ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Heizelement 6 unmittelbar am Boden des Stellgliedes 5 vorgesehen, so dass eine besonders effektive Beheizung des Stellgliedes 5 erfolgen kann. Da sich die Platine 3 bis an das Stellglied 5 erstreckt, kann eine elektrische Kontaktierung des Heizelementes 6 unmittelbar über die Platine 3 erfolgen, wie 4 zeigt.
• In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Platine 3 und das Kühlblech 4 mit dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 vergleichbar ausgestaltet sind. Die Beheizung des Stellgliedes 5 erfolgt über zwei Heizelemente 6, die unmittelbar über die Platine 3 elektrisch Kontaktiert sind und an einer Omega-förmig gebogenen Lasche 7 anliegen, welche um das Stellglied 5 herum verläuft und daher eine möglichst große Kontaktfläche zur Wärmeübertragung bietet.
• 7 zeigt ein Schaltbild, wobei als elektrische Zusatzheizung eine Schaltung mit einem elektrischen Schalter verwendet wird, nämlich einem Transistor T1, sowie mit einem Basis-Vorwiderstand R1 und einem NTC-Widerstand (Heißleiter) R2 als Regelelement. Der Transistor T1 arbeitet im Kurzschlussbetrieb. Über die Reihenschaltung von Basis-Vorwiderstand R1 und NTC-Widerstand R2 wird der Basisstrom und somit die Verlustleistung des Transistors T1 geregelt. Die maximale Heiztemperatur, die auch als Beharrungstemperatur bezeichnet wird, wird über die Größe der Widerstände R1 und R2 festgelegt. Wenn bei spielsweise der vorgeschlagene Elektroabscheider zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors verwendet wird, weist die vorgeschlagene Schaltung den Vorteil auf, dass im Vergleich zu der Beheizung durch ein PTC-Element bei der Schaltung gemäß 7 kein Einschalt-Spitzenstrom auftreten wird und somit eine eventuelle Kurzschlussstromerkennung nicht ausgelöst wird, die gegebenenfalls in einem Motorsteuergerät vorhanden sein kann.

Claims (6)

1. Elektroabscheider, mit einer Sprüh- und einer Niederschlagselektrode, und mit einer Reinigungseinrichtung zum Abreinigen der Sprüh- und/oder der Niederschlagselektrode, wobei ein Reinigungselement der Reinigungseinrichtung temperaturabhängig zwischen einer ersten, eingezogenen und einer zweiten, ausgefahrenen Stellung beweglich ist, wobei ein Temperatur gesteuertes Stellglied für den Antrieb des Reinigungselementes vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine elektrische, auf das Stellglied (5) einwirkende, das Stellglied (5) aktiv beheizende Heizeinrichtung, welche dem Stellglied (5) dicht anliegt.
2. Elektroabscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hochspannungseinheit, welche die für den Betrieb des Elektroabscheiders erforderliche Hochspannung erzeugt, wobei ein die Verlustwärme von der Hochspannungseinheit abführender Kühlkörper das Stellglied (5) beheizend angeordnet ist.
3. Elektroabscheider nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltung, die bei Unterschreitung einer vorgegebenen Minimaltemperatur des Stellgliedes (5) den Wirkungsgrad der Hochspannungseinheit, deren Verlustwärme steigernd, reduziert.
4. Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein separates Heizelement (6) zur Beheizung des Stellgliedes (5).
5. Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (5) elektrisch leitfähig ist, und als elektrische Widerstandsheizung wirkend elektrisch angeschlossen ist.
6. Elektroabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transistor (T1) als Heizelement (6) vorgesehen ist.